The adsorption characteristics of gaseous molecules on the carbonaceous adsorbent have been investigated at various temperature and pressure with different pore sizes using Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) simulation method. The geometrical parameters and spectroscopic properties of adsorbates have been computed using density functional theory (DFT). At higher temperatures is the adsorption amount of adsorbates is decreased due to their vaporization. Considering the pore size effect, the adsorption characteristic depends on the adsorbate size, polarity and interaction between adsorbates, etc. At all cases employed in this study, the adsorption amount of adsorbates on the carbonaceous adsorbent is increased in the order $NH_3$ < $H_2S$ < $CH_3SH$, and this result is qualitatively in good agreement with the experimental observation.
Kim, Younjung;Uh, Eun Jeong;Choi, Jong Ha;Hong, Yong Pyo;Kim, Daeik;Ryoo, Keon Sang
Journal of the Korean Chemical Society
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v.61
no.6
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pp.339-345
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2017
Carbonaceous adsorbent (CA-WTP) was prepared by heat treatment at $400^{\circ}C$ for 2 h in N2 atmosphere using waste tire powder (WTP). WTP and CA-WTP were first characterized by thermo-gravimetric analysis (TGA), energy dispersive X-ray spectrometer (EDS), scanning electron microscopy (SEM), specific surface area analysis (BET) and FT-IR spectroscopy. Then, they were tested as adsorbents for removal of Cd in water. CA-WTP exhibited much higher specific surface area and total pore volume than WTP itself and showed higher adsorption capacity for Cd. Equilibrium data of adsorption were analyzed using Freundlich and Langmuir isotherm models. It was seen that both Freundlich and Langmuir isotherms have correlation coefficient $R^2$ value larger than 0.95. The results of studies indicate that CA-WTP developed from WTP by heat treatment could be used as efficient adsorbent for the removal Cd from water.
The adsorption equilibria of oxygen, nitrogen and argon on carbonaceous adsorbent with slit-shaped and randomly etched graphite (REG) pores were calculated by molecular simulation method. Reliable models of adsorbents and adsorbates for adsorption equilibria are important for the correct design of industrial adsorptive separation processes. At the smallest physical pore of $5.6{\AA}$, only oxygen molecules were accommodated at the center of the slit-shaped pore, and from $5.9{\AA}$ nitrogen and argon molecules could be accommodated in the pores. Slit pores showed higher adsorption capacity compared with REG pores with same averaged reenterance pore size due to dead volume and inaccessible volume in defected pores. And it was shown the adsorption capacities of oxygen and argon was same in larger pore size. From calculated adsorption isotherms at 298 K it showed that the adsorption capacity ratio of oxygen to nitrogen is increased as pressure is increased.
This article is concerned with the overview of the activated carbon fibers. Firstly, this review provides a comprehensive survey of the overall processes for the synthesis of the activated carbon fibers from the carbonaceous materials. Subsequently, the physicochemical properties such as pore structures and surface oxygen functional groups of the activated carbon fibers were discussed in detail. Finally, as electrochemical applications of the activated carbon fibers to electrode materials for electric double-layer capacitor (EDLC), the electrochemical characteristics of the activated carbon fiber electrodes and the various methods to improve the capacitance and rate capability were introduced. In particular, the effect of pore length distribution (PLD) on kinetics of double-layer charging/discharging was discussed based upon the experimental and theoretical results in our work. And then we discussed in detail the applications of the activated carbon fibers to adsorbent materials for purification of liquid and gas.
Global warming is considered one of the great challenges of the twenty-first century. In order to reduce the ever-increasing amount of methane (CH4) released into the atmosphere, and thus its impact on global climate change, CH4 storage technologies are attracting significant research interest. CH4 storage processes are attracting technological interest, and methane is being applied as an alternative fuel for vehicles. CH4 storage involves many technologies, among which, adsorption processes such as processes using porous adsorbents are regarded as an important green and economic technology. It is very important to develop highly efficient adsorbents to realize techno-economic systems for CH4 adsorption and storage. In this review, we summarize the nanomaterials being used for CH4 adsorption, which are divided into non-carbonaceous (e.g., zeolites, metal-organic frameworks, and porous polymers) and carbonaceous materials (e.g., activated carbons, ordered porous carbons, and activated carbon fibers), with a focus on recent research.
Son, Mi Sook;Kim, Sang Do;Woo, Kwang Jae;Park, Hee jae;Seo, Man cheol;Lee, Si hun;Ryu, Seung Kon
Korean Chemical Engineering Research
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v.44
no.6
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pp.669-675
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2006
Toluene of aromatic compounds, MEK of ketones and IPA of alcohols were extremely used as VOCs (Volatile Organic Compounds) on the getting into step with industrial process. The adsorption characteristics of three component solvent vapors (Toluene-MEK-IPA) on the activated carbonaceous adsorbents such as AC, ACF and AC+ACF were investigated in a stainless steel fixed bed adsorption experimental apparatus in order to identify those carbons for eliminating and recovering solvent vapors from industrial emission sources. The used activated carbonaceous adsorbents were pelletized commercial activated carbon and activated carbon fiber. The breakthrough curves and adsorption capacity have been obtained at atmospheric pressure in a adsorption fixed bed. It has been found that non-polar and larger molecules have been adsorbed better than polar and smaller molecules. Especially, alcohols and ketones were poorly adsorbed due to competitive adsorbability in ternary mixture system. However, it could be overcome by employment of activated carbonaceous adsorbent which have different porosity distribution appropriately.
The adsorption equilibria of nitrogen on a region of nanoporous carbonaceous adsorbent with local molecular orientation (LMO) were calculated by grand canonical Monte Carlo simulation at 77.16 K. Regions of LMO of identical size were arranged on a regular lattice with uniform spacing. Microporosity was predominately introduced to the model by removing successive out-of-plane domains from the regions of LMO and tilting pores were generated by tilting the basic structure units. This pore structure is a more realistic model than slit-shaped pores for studying adsorption in nanoporous carbon adsorbents. Their porosities, surface areas, and pore size distributions according to constrained nonlinear optimization were also reported. The adsorption in slit shaped pores was also reported for reference. In the slit shaped pores, a clear hysteresis loop was observed in pores of greater than 5 times the nitrogen molecule size, and in capillary condensation and reverse condensation, evaporation occurred immediately at one pressure. In the LMO pore model, three series of local condensations at the basal slip plane, armchair slip plane and interconnected channel were observed during adsorption at pore sizes greater than about 6 times the nitrogen molecular size. In the hysteresis loop, on the other hand, evaporation occurred at one or two pressures during desorption.
Basic studies have been conducted regarding the attempt of the utilization of waste Undaria pinnatifida as an adsorbent for the adsorption treatment of lead-containing wastewater. Undaria pinnatifida was found to be chiefly composed of hyo-carbonaceous compounds and have a fairly high specific surface area, which suggesting the possibility of its application as a Potential adsorbent. The electrokinetic Potential of Undaria pinnatifida particles was observed to be negatively highest at around pH 8 and the fact that its electrokinetic potentials are negative at the whole pH range supported it might be an efficient adsorbent especially for cationic adsorbates. Under the experimental conditions, $Pb^{2+}$ was found to mostly adsorb onto Undaria pinnatifida within a few minutes and reach the equilibrium in adsorption within ca. 30 minutes. The adsorption of $Pb^{2+}$ was exothermic and explained well by e Freundlich model. Acidic pretreatment of Undaria pinnatifida enhanced its adsorption capacity for $Pb^{2+}$ , however, the reverse was observed for alkaline pretreatment. The formation of organometallic complex between $Pb^{2+}$ and some functional groups on the surface of Undaria pinnatifida was considered to be one of the main drives for adsorption. Finally the adsorbability of$ Pb^{2+}$ was examined to be rather affected by several solution features such as the coexistence of other adsorbate, the variation of ionic strength, and the concentration of complexing agent.
Yihunu, Endashaw Workie;Yu, Haiyan;Junhe, Wen;Kai, Zhang;Teffera, Zebene Lakew;Weldegebrial, Brhane;Limin, Ma
Environmental Engineering Research
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v.25
no.3
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pp.384-392
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2020
The presence of high fluoride concentration (> 1.5 mg/L) in water causes serious health problems such as fluorosis, infertility, brain damage, etc., which are endemic to many places in the world. This study has investigated the fluoride removal capacity of the novel activated biochar (BTS) and hydrochar (HTS) using Teff (Eragrostis tef) straw as a precursor. Activated biochar with mesoporous structures and large specific surface area of 627.7 ㎡/g were prepared via pyrolysis process. Low-cost carbonaceous hydrochar were also synthesized by an acid assisted hydrothermal carbonization process. Results obtained from both adsorbents show that the best local maximum fluoride removal was achieved at pH 2, contact time 120 min and agitation speed 200 rpm. The thermodynamic studies proved that the adsorption process was spontaneous and exothermic in nature. Both adsorbents equilibrium data fitted to Langmuir isotherm. However, Freundlich isotherm fitted best for BTS. The maximum fluoride loading capacity of BTS and HTS was found to be 212 and 88.7 mg/g, respectively. The variation could primarily be attributed to a relatively larger Surface area for BTS. Hence, to treat fluoride contaminated water, BTS can be promising as an effective adsorbent.
Pila Matias N.;Colasurdo Diego D.;Simonetti Sandra I.;Dodero Gabriela A.;Allegretti Patricia E.;Ruiz Danila L.;Laurella Sergio L.
Korean Chemical Engineering Research
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v.61
no.1
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pp.97-108
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2023
Two carbonaceous adsorbents CAT and CARBOPAL were tested for reducing the concentration of the three herbicides in water: 2,4-D (2,4-dichlorophenoxyacetic acid), TCP (2,4,6-trichlorophenol) and metolachlor. Textural and chemical characterization of the adsorbents include nitrogen isotherms, FTIR, titration and thermogravimetric analyses. Adsorption was studied in discontinuous adsorption experiments at different pH values. The experimental adsorption isotherms data were fitted to four theoretical models. Adsorbent characterization reveals that CAT has higher micropore area, lower pore diameter and lower acidity than CARBOPAL. The adsorption is a second-order process and the isotherms best fitted to Sips model. The efficiency of the process depends mainly on the charge of the adsorbate for TCP and 2,4-D, but it depends on the charge of the surface for metolachlor. Adsorption capacity is higher on CAT for 2,4-D and TCP (small molecules), and it is higher on CARBOPAL for metolachlor (large molecules). Theoretical calculations clearly support this assumption.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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